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  1. 1. GENERALITES SUR LE TRANSPORT INTERNATIONAL DU GAZ Cours rédigé par Monsieur CAROUGE 1.1. Intervenant : Monsieur Luc JOIN-LAMBERT Chef de la Division Opérations et Projets internationaux Service Etudes Direction Production Transport GAZ DE France Ce document n’est diffusable qu’en accompagnement d’une action de formation TRAN.95.4.CARO
  2. 2. TABLE DES MATIERES QUELQUES ELEMENTS STATISTIQUES........................................................ 1 Le gaz naturel dans le monde....................................................................1 CONSOMMATIONS - RESERVES ............................................................1 TRANSPORT DU GAZ ...............................................................................2 LES RESEAUX DE GAZODUCS ............................................................................. 3 LE TRANSPORT MARITIME.................................................................................. 5 COMPARAISON ENTRE DIVERS MODES DE TRANSPORTS......................... 5 Le gaz naturel en France.......................................................................................6 LES APPROVISIONNEMENTS.................................................................6 LE RESEAU DE TRANSPORT ...................................................................7 QUELQUES ORIENTATIONS TECHNIQUES................................................9 La conception des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances ........................................................................9 CONCEPTION GENERALE DES RESEAUX...........................................9 GAZODUCS: CHOIX DES MATERIAUX..............................................10 STATIONS DE COMPRESSION..............................................................10 La construction des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances ......................................................................11 L’exploitation des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances.....................................................................11 Le transport maritime sous forme de gaz naturel liquéfié ..........................12 LA LIQUEFACTION .................................................................................12 LES NAVIRES METHANIERS.................................................................13 LES CUVES AUTO PORTEUSES ......................................................................... 13 LES CUVES INTEGREES A LA COQUE DU NAVIRE..................................... 13 LES RESERVOIRS TERRESTRES.............................................................14 LES INSTALLATIONS DE REGAZEIFICATION .................................14 Le stockage du gaz naturel................................................................... 14 CONCLUSION...............................................................................................................17
  3. 3. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 1/17 QUELQUES ELEMENTS STATISTIQUES Le gaz naturel dans le monde Pendant longtemps, le gaz naturel a été considéré comme un sous-produit du pétrole; il était brûlé à la torche sur de nombreux gisements. Il a commencé à être utilisé aux Etats-Unis, dans l’industrie d’abord, puis pour des usages domestiques en se substituant peu à peu au gaz manufacturé. Son développement a ensuite été très rapide, grâce à l’abondance de ses réserves, à leur répartition sensiblement plus équilibrée que celle des réserves pétrolières et à son excellente qualité pour le consommateur final. Mais le coût de son transport pèse de plus en plus lourd. Jusqu’à ces dernières années, les grandes zones productrices coïncidaient avec les grandes zones consommatrices. Ce n’est plus le cas aujourd’hui: les pays industrialisés occidentaux ne disposent que de 11% des réserves prouvées de gaz ‘naturel alors qu’ils représentent 49% de la consommation mondiale. Au plan local, ce phénomène se répète; c’est notamment le cas en Amérique du Nord avec les découvertes des zones arctiques, dans l’ex-URSS où l’essentiel des ressources se situe maintenant en Sibérie, en Europe de l’Ouest avec l’importance prise par la mer du Nord... Le transport du gaz sur des distances de plus en plus longues et dans des conditions de plus en plus sévères devient une nécessité impérative pour assurer son développement. CONSOMMATIONS - RESERVE En 1993, la consommation de gaz naturel dans le Monde s’est élevée à 2 158 milliards de m3 contre 1263 en 1975, soit un taux de croissance moyen proche de 3% par an. Ce taux est nettement inférieur au taux moyen constate entre 1950 et 1975: + 7,5% par an. Il est néanmoins supérieur au taux de croissance moyen de l’ensemble des consommations énergétiques: + 2,0% par an de 1975 à 1993. En conséquence, la part du gaz naturel dans la consommation mondiale d’énergie continue de croître; elle est passée de 10% en 1950 à 23% en 1993. Les réserves mondiales de gaz naturel étaient estimées, au 1er janvier 1994, à 148 200 milliards de m3 représentant soixante deux années de production actuelle. Elles correspondent, en contenu énergétique, à 98% des réserves prouvées de pétrole qui, cependant, ne représentent qu’une quarantaine d’années de consommation. Depuis quelques années, les volumes de gaz découverts sont supérieurs aux consommations d’où un accroissement des réserves (sauf en Amérique du Nord et plus récemment en Europe Occidentale). Il faut noter que la recherche actuelle d’hydrocarbures s’oriente vers une exploration du sous-sol très profond (plus de 3500 m de profondeur) où seuls les hydrocarbures gazeux peuvent exister, ce qui ne peut qu’accentuer la différence de tendance entre gaz et pétrole.
  4. 4. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 2/17 Actuellement, 39% des réserves mondiales sont situées en ex-URSS où l’on trouve les plus larges accumulations de gaz naturel jamais découvertes: neuf des dix-huit gisements supergéants’ du globe. En particulier, Urengoy, avec 7 800 milliards de m3 de réserves prouvées dépasse l’ensemble des réserves de l’Amérique du Nord et Yamburg, 4 800 milliards de m3, approche celles de l’Europe Occidentale. Au-delà de ces réserves raisonnablement démontrées, les évaluations de ressources ultimes (réserves prouvées + probables + possibles) laissent apparaître un potentiel total beaucoup plus considérable. La progression de ces ressources s’inscrit, elle aussi, sur une trajectoire fortement ascendante au cours des trois dernières décennies, d’environ 100 000 à 150 000 milliards de m3 en 1960, 275 000 à 325 000 dans les estimations les plus récentes. Par ailleurs, à ces ressources de gaz conventionnel, pourraient s’ajouter des ressources de gaz naturels non conventionnels, dont certaines sont déjà exploitables dans les conditions techniques et économiques actuelles: grisou de mines de charbon, méthane dissous dans certains aquifères, hydrates de gaz dans les pergélisols des zones arctiques, éventuellement méthane magmatique. Le développement de la demande, entraînant la mise en valeur future de ces réserves, s’accompagnera d’un développement du transport de gaz naturel à grande distance. TRANSPORT DU GAZ En 1885, la première ligne de transport de gaz naturel était mise en service; il s’agissait d’une conduite de diamètre 200 mm et de longueur 135 km entre la Pennsylvanie et Buffalo, dans 1’Etat de New York. En 1964-65, étaient inaugurés les premiers transports réguliers de gaz naturel liquéfié entre l’usine de liquéfaction d’Arzew (Algérie) et les terminaux méthaniers de Canvey Island (Royaume-Uni) et du Havre (France). Il s’agit là des deux formes de transport utilisées dans l’industrie du gaz naturel: la canalisation pour le “gaz” à l’état gazeux et le navire méthanier pour le “gaz” à l’état liquide. On peut dire que tout m3 de gaz naturel produit est transporté sous l’une et/ou l’autre de ces formes avant consommation. Ce transport a été longtemps international. Le commerce international du gaz naturel ne représentait que 1% du volume total produit en 1960. L’éloignement croissant des lieux de production et de consommation a entraîné une augmentation de ce commerce, le portant à 347 milliards de m3 soit 16% du gaz naturel -consommé (dont 83 milliards de m3 sous forme de gaz naturel liquéfié). En 1993, les principaux pays exportateurs étaient l’ex-URSS (29% du commerce international), le Canada (18%), les Pays-Bas (13%), l’Algérie (10%), l’Indonésie (9%) et la Norvège (7%). Les principaux pays importateurs étaient l’Allemagne (19%), les 1 gisement supergéant: plus de 1000 milliards de m 3 de gaz récupérable
  5. 5. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 3/17 Etats-Unis (18%), le Japon (15%), l’Italie (10%), la France (9%), la Tchécoslovaquie (4%) et la Belgique (4%). LES RESEAUX DE GAZODUCS Hors d’Europe Occidentale, les réseaux les plus importants sont concentrés dans les régions suivantes: • l’Amérique du Nord: l’ensemble du réseau, historiquement le plus ancien, est extrêmement maillé et enchevêtré; il s’étend jusque dans les zones arctiques (Alaska); • l’ex-URSS: ce pays a réalisé un effort important pour mettre en valeur ses réserves de gaz; le réseau de transport atteint actuellement plus de 200 000 km. A titre d’exemple de réalisation, le gazoduc Urengoy-Uhzgorod destiné à l’exportation du gaz du gisement d’urengoy a une longueur de 4 451 km dont 120 sont posés sur un sol éternellement gelé et un millier d’autres dans la toundra marécageuse et la taïga. L’artère franchit deux massifs montagneux, l’Oural et les Carpates, et quelques huit cents cours d’eau dont certains sont très importants, la Volga, le Dniepr, le Don. 2,7 millions de tonnes de tubes d’acier de 1420 mm de diamètre ont été assemblés grâce à 2 100 km de soudures. Quarante stations de compression d’une puissance totale de 3 000 MW complètent le système de transport; • l’Algérie: parmi les pays d’Afrique, l’Algérie possède un important réseau de gazoducs destiné principalement à évacuer le gaz du gisement d’Hassi R’Mel vers les usines de liquéfaction de la côte méditerranéenne ainsi que vers l’Italie via la Tunisie (système TransMed); • le Mexique et l’Argentine ont développé des systèmes de transport importants pour exploiter leurs ressources nationales; • l’Iran: son réseau de transport est actuellement sous-exploité du fait de la non- application des contrats de vente signés avant la révolution avec certains pays d’Europe Occidentale. Pour assurer leurs approvisionnements respectifs, les sociétés gazières européennes en sont arrivées à tisser des interconnexions entre chacun de leur réseau propre et les différentes sources de gaz naturel. L’existence de ces interconnexions et l’organisation concertée des mouvements de gaz, grâce à des relations étroites entre les centres de contrôle (“dispatching”) des différents pays, permettent des échanges et une assistance mutuelle, et donc garantissent une certaine sécurité d’approvisionnement. L’ensemble des principaux ouvrages du réseau de transport terrestre européen (hors réseaux d’intérêt national seul) a une longueur cumulée de plus de 6 000 km. En 1993, ce réseau a permis aux pays d’Europe Occidentale d’importer 150 milliards de m3 en provenance pour plus de la moitié de pays tiers.
  6. 6. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 4/17 Les principaux ouvrages réalisés en Europe Occidentale sont: • les gazoducs de gaz de Groningue qui relient les Pays-Bas à l’Allemagne et, via la Belgique, à la France (Taisnières, près de Maubeuge), • le gazoduc sous-marin Norpipe qui collecte du gaz de la mer du Nord norvégienne (zone d’Ekofisk) vers Emden, en Allemagne. Il se prolonge d’une part en Allemagne, d’autre part par le réseau de transport néerlandais puis, pour l’alimentation de la Belgique et de la France, par la canalisation Ségéo aboutissant à la frontière franco-belge à Taisnières, • le gazoduc sous-marin Statpipe qui collecte le gaz des gisements du nord de la mer du Nord norvégienne, Statfjord, Heimdal et Gullfaks, vers Ekofisk où il rejoint le Norpipe, • les gazoducs Megal (Allemagne) et Wag (Autriche) qui assurent à ces pays et à la France l’acheminement du gaz de l’ex-URSS; ils débutent en Allemagne à Waidhaus et en Autriche à Baumgarten où ils sont connectés au système tchécoslovaque Transgaz, • le gazoduc Tag (Autriche) qui achemine du gaz de l’ex-URSS livré à Baumgarten et destiné à l’Autriche et à l’Italie, • le gazoduc TransMed qui transporte le gaz naturel algérien jusqu’au nord de l’Italie via les détroits de Sicile et de Messine, • les deux systèmes de transport sous-marins qui relient au Royaume-Uni les gisements de Frigg (Frigg’s System) et de la zone de Brent (Flag’s Line), au nord de la mer du Nord. Cet ensemble va continuer à se développer grâce à des extensions en cours de réalisation ou projetées; les plus importantes sont les suivantes: • en vue de recevoir sur le continent une partie du gaz naturel des gisements norvégiens de Troll et Sleipner, le gazoduc sous-marin Zeepipe a été construit entre Sleipner et Zeebrugge (Belgique). Il est opérationnel en 1993; il sera prolongé ultérieurement vers le gisement de Troll; • une liaison trans-Manche entre le Royaume-Uni et le continent est envisagée. Interconnectant les réseaux britannique et européen, elle permettrait l’acheminement de gaz de la mer du Nord (norvégienne ou britannique) vers le continent ou d’autres gaz (ex-URSS, Algérie,...) vers le Royaume-Uni. D’autre part, une liaison est en cours de construction entre l’Irlande et le Royaume-Uni permettant aux Irlandais l’accès à d’autres sources d’approvisionnement que leurs gisements nationaux; • une nouvelle canalisation, Europipe, accroîtra la capacité d’exportation de gaz norvégien vers le continent. Son tracé suivrait celui du Norpipe et sa mise en service est prévue en 1996;
  7. 7. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 5/17 • une décision devrait être prise dans les prochains mois par les autorités norvégiennes concernant la réalisation du gazoduc Norfra entre la zone norvégienne de la mer du Nord et la côte française près de Dunkerque; ce gazoduc serait le plus long gazoduc sous-marin du monde (plus de 650 km); • un système de transport Midal-Stegal vient d’être construit en Allemagne, reliant Emden à Ludwigshafen d’une part et à la frontière germano-tchèque d’autre part, créant une nouvelle liaison entre les gisements de la mer du Nord et ceux de l’ex-URSS; • les réseaux français et espagnol sont interconnectés depuis 1993 par un gazoduc transpyrénéen Lacq-Calahorra, permettant à l’Espagne l’importation de gaz norvégien; • le système TransMed entre l’Algérie et l’Italie est en cours de renforcement pour doubler sa capacité actuelle. LE TRANSPORT MARITIME Depuis 1965, le transport maritime du gaz naturel liquéfié s’est fortement développé. Il représente environ 24% du commerce international et 3,8% de la consommation mondiale. Les principales chaînes de gaz naturel liquéfié intéressent deux zones géographiques distinctes: • le Moyen et l’Extrême-Orient avec des liaisons entre, d’une part, les zones productrices des îles de la Sonde (Brunei, Indonésie), d’Abu Dhabi, d’Australie et de l’Alaska et, d’autre part, le Japon, la Corée et Taiwan, • la zone méditerranéenne et atlantique avec des liaisons entre, d’une part l’Algérie et la Libye et, d’autre part, des pays consommateurs européens (France, Belgique, Espagne, Italie) ainsi que les Etats-Unis. Du fait de la commercialisation future de gaz naturel produit par des gisements de plus en plus éloignés des zones de consommation, le transport maritime de gaz naturel liquéfié va se développer très rapide ment d’ici la fin du siècle; de nombreux projets existent; les plus avancés concernent les liaisons Algérie - Turquie (1994), Algérie - Grèce (1995-96), Nigeria - Europe de l’Ouest et Nigeria - Etats-Unis (1997), Qatar - Japon (1998). COMPARAISON ENTRE DIVERS MODES DE TRANSPORTS Les capacités de transport de divers moyens utilisés dans les industries de l’énergie sont très variables. Ainsi, un gazoduc de 600 mm de diamètre peut transporter 15% d’énergie de plus qu’une ligne électrique double très haute tension (400 kV) et qu’un gazoduc de 1400 mm de diamètre peut en transporter 9 fois plus.
  8. 8. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 6/17 Le gaz naturel en France Le gaz naturel, sans avoir un rôle prépondérant, occupe une place importante dans la satisfaction des besoins en énergie primaire de la France. Pratiquement inexistant en 1950, le gaz naturel représentait en 1993 13,2% de l’énergie consommée. Cette part devrait se maintenir, voire croître légèrement, dans les prochaines années. LES APPROVISIONNEMENTS Les approvisionnements au titre des contrats actuellement en vigueur proviennent des sources suivantes: • La production nationale: commencée en 1962, la production du sud-ouest s’est maintenue depuis 1972 à un niveau de 80 TWh² par an et a commencé à décroître en 1981. Elle est actuellement d’environ 30 TWh. Une relance de la recherche d’hydrocarbures est en cours dans diverses régions du territoire national. • Le gaz néerlandais: les importations de celui-ci ont débuté en 1967; elles ont atteint leur maximum d’environ 100 TWh au cours de la période 1974-1981. Elles ont été de 52 TWh en 1991. Le contrat actuellement en vigueur expire en 1996. Il sera relayé par un nouveau contrat, déjà conclu, portant sur un volume total d’environ 80 milliards de m3. • Le gaz algérien: quatre contrats d’achat de gaz naturel liquéfié ont été signés avec la société algérienne Sonatrach: º commençant en 1965, pour des quantités annuelles de 6 TWh º commençant en 1973, pour des quantités annuelles de 41 TWh º commençant en 1982, pour des quantités annuelles de 60 TWh º commençant en 1992, pour des quantités annuelles de 6 à 12 TWh Pour chacun de ces contrats les livraisons sont faites aux terminaux méthaniers de Fos-sur-Mer et Montoir-de-Bretagne. Le transport maritime est effectué par cinq navires méthaniers (dont deux de la classe des 125 000 m3) construits en France et affrétés par le Gaz de France. • Le gaz russe: trois contrats ont été signés avec Gazexport (initialement Sojuzgazexport): º commençant en 1976, pour des quantités annuelles de 26 TWh º commençant en 1980, pour des quantités annuelles de 15 TWh 2 1 TWh= 1 milliard de kWh
  9. 9. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 7/17 º commençant en 1984, pour des quantités annuelles de 80 TWh • Le gaz norvégien: quatre contrats ont été conclus dans le cadre d’un consortium d’acheteurs européens (Gaz de France, Ruhrgas, Gasunie et Distrigaz). Le gaz provient des gisements de mer du Nord norvégienne, Ekofisk, Eldfisk, Albuskjell et Tor. Le démarrage de ces contrats s’est échelonné de 1977 à 1979, le niveau de livraison pour Gaz de France atteignant 27 TWh en 1983. De nouveaux contrats ont été conclus dans le cadre du consortium d’acheteurs européens, élargi par la participation de trois autres sociétés allemandes, pour l’achat de gaz des gisements de Statfjord (depuis octobre 1985), Heimdal (depuis avril 1986) et Gullfaks (depuis juillet 1987). En 1986, Gaz de France, Ruhrgas, BEB, Thyssengas, Gasunie et Distrigaz ont conclu un accord avec les producteurs Statoil, Shell, Saga, Norsk Hydro, Elf et Total en vue de la mise en valeur du gisement géant de Troll situé sous une profondeur d’eau de plus de 300 m à une centaine de kilomètres à l’ouest des côtes norvégiennes. L’accord porte aussi sur le gisement de Sleipner. Conformément à cet accord, Gaz de France recevra des quantités de gaz atteignant 8 milliards de m3 pendant chacune des vingt années de la phase plateau après une montée en régime progressive de 1993 à 2002. Deux nouveaux contrats ont été conclus en 1994 et début 1995 pour une livraison globale annuelle de 6 milliards de m3; A partir de 2005, Gaz de France disposera ainsi d’un total de 15 milliards de m3 de gaz norvégien par an; • Le gaz nigérian: en 1992 Gaz de France a signé avec la société NLNG (Nigerian liquefied natural gas) un contrat de livraison de gaz naturel liquéfié pour une quantité de 0,5 milliards de m3 à partir de 1997. Ce gaz sera transporté par des méthaniers affrétés par NLNG et livré au terminal méthanier de Montoir-de- Bretagne. LE RESEAU DE TRANSPORT Parvenu aux frontières françaises ou disponible à la sortie des gisements du sud- ouest, le gaz naturel est réparti sur l’ensemble du territoire national par un important réseau de gazoducs de transport. Ce réseau, entièrement interconnecté, mesure environ 31000 km de longueur (dont 27 000 km pour le réseau Gaz de France). Le plus gros diamètre utilisé est de 900 mm. Les stations de compression sont au nombre de 44; les puissances installées dans chaque station s’échelonnent de 1,7 à 43 MW, la puissance totale étant de 480 MW. L’ensemble du réseau de transport est équipé de postes de manœuvre: • 2 300 postes de ligne, postes de sectionnement (répartis tous les 10 à 20 km) permettant d’isoler et de décomprimer un tronçon en cas de nécessité, postes
  10. 10. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 8/17 de coupure permettant l’introduction et la réception de pistons racleurs de nettoyage; • 775 postes de comptage ou de prédétente pour faciliter le suivi des débits et le réglage des pressions; • 3 900 postes de livraison (détente et/ou comptage) situés aux points de raccordement avec les réseaux de distribution et les installations industrielles directement alimentées par le réseau de transport. Les gazoducs enterrés sont protégés par des revêtements extérieurs isolants et bénéficient en outre d’une protection cathodique active, principalement assurée par des dispositifs de soutirage (470 postes). Il faut y ajouter environ 80 postes de drainage destinés à canaliser les courants vagabonds, particulièrement au voisinage des voies ferrées électrifiées. Le système de télétransmission du réseau de transport du Gaz de France comprend environ 1 000 sites surveillés pour plus de 12 500 mesures, signalisations, alarmes, commandes et réglages. Les principales informations (pression, débit) relatives aux points importants du réseau sont transmises aux différents centres de surveillance ou de répartition à partir desquelles on peut contrôler le fonctionnement des ouvrages et commander à distance les principales manœuvres. Le Centre de répartition national (CRN) est chargé d’assurer la gestion des mouvements de gaz dans les ouvrages du réseau principal. A cette fin, il est équipé de calculateurs industriels traitant en temps réel les données provenant du système de télétransmission. Les centres de surveillance régionaux (CSR) sont chargés d’assurer la surveillance générale des réseaux et d’effectuer les mouvements de gaz propres aux réseaux régionaux; leurs calculateurs sont reliés à ceux du CRN.
  11. 11. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 9/17 QUELQUES ORIENTATIONS TECHNIQUES La conception des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances CONCEPTION GENERALE DES RESEAUX Les caractéristiques essentielles d’un réseau de transport (pression maximale de service et diamètre des conduites, espacement des stations de compression et taux de compression) sont déterminées à l’issue d’un processus d’optimisation technique et économique. Pour les réseaux terrestres, les pressions de service les plus courantes sont comprises entre 70 et 100 bar avec un espacement des stations de compression de 110 à 200 km. Dans quelques cas particuliers, des pressions de 120 bar ont été retenues dans zones où l’utilisation de stations de compression intermédiaires était limitée (zone arctique). Pour les réseaux sous-marins, les pressions de service sont plus élevées; les contraintes mécaniques généralement imposées aux tubes lors de la pose des ouvrages rendent nécessaire l’adoption d’épaisseurs plus fortes supportant des pressions internes élevées. Ainsi la pression des réseaux de mer du Nord est-elle comprise entre 150 et 170 bar. Dans le cas de gisements de pétrole et de gaz associés, la tendance s’oriente vers l’utilisation de pressions encore plus importantes afin de pouvoir évacuer vers la côte, dans une seule conduite et en phase unique, le gaz naturel et les condensats d’hydrocarbures extraits des gisements. L’évolution technique et l’augmentation des quantités de gaz transportées ont conduit à un accroissement progressif des diamètres des canalisations; les premiers gazoducs de diamètre 900 mm ont été posés dans les années 1960, suivis quelques années plus tard par des ouvrages de 1200 puis de 1400 mm de diamètre. L’industrie mondiale (Europe, Japon) est actuellement en mesure de fournir des tubes de 1600 mm de diamètre pour des pressions de service égales à 100 bar mais aucun projet dans cette gamme de diamètre n’est aujourd’hui envisagé. L’industrie française, quant à elle, s’est dotée des moyens nécessaires à la fabrication de tubes de 1400 mm. Pour les réseaux sous-marins la même tendance à l’accroissement des diamètres est observée. Toutefois les pressions de service élevées et les difficultés de construction et de réparation des conduites font qu’on se limite actuellement aux diamètres d’environ 1000 mm. Un autre moyen d’augmenter la capacité de transport des ouvrages consiste à abaisser la température du gaz transporté. Cette technique s’est développée sur certains réseaux en zone arctique, principalement en ex-URSS. L’industrie française a contribué à sa promotion; un consortium constitué de Sofregaz (filiale d’ingénierie du Gaz de France et d’Elf) et de Creusot-Loire a livré les équipements des six stations de refroidissement du gaz d’Urengoy.
  12. 12. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 10/17 GAZODUCS: CHOIX DES MATERIAUX Les gazoducs sont constitués de tubes d’acier assemblés par soudage sur chantier terrestre ou barge de pose en mer. Le coût des tubes représente une part importante du coût total des ouvrages (30 à 50% à terre, 10 à 20% en mer); par ailleurs la nature du produit transporté et les exigences de fiabilité des réseaux font que les aspects “qualité” et “performances” des matériaux sont primordiaux. Un effort important de l’industrie est dirigé vers la mise au point d’aciers aux caractéristiques élevées et vers des procédés de fabrication des tubes garantissant une homogénéité de production et des taux de défauts très bas. Dans le domaine des aciers les développements sont orientés vers l’amélioration des caractéristiques mécaniques (limite d’élasticité) et de la ductilité de façon à éviter les ruptures en domaine fragile. Ces progrès sont atteints sans dégradation des qualités de soudabilité. Avant 1960, les aciers présentant la plus haute résistance étaient de type E360 (limite élastique 52 000 psi soit 360 MPa) et avaient une composition chimique de type carbone-manganèse. Aujourd’hui les aciers jugés économiquement optimaux sont de type E450 (X65) et E480 (X70). Ces aciers sont des produits à faibles teneurs en soufre et phosphore, obtenus par micro-alliage avec des éléments divers, vanadium, niobium, molybdène, nickel, terres rares... Parallèlement à cette augmentation de la limite élastique, les utilisateurs ont imposé des spécifications de résilience de plus en plus sévères et introduit des tests nouveaux permettant de caractériser le mode de rupture (tests Charpy V). Bien qu’aujourd’hui des aciers E620 (X90) et même E680 (X100) puissent être fabriqués par traitement thermique additionnel, une limite semble avoir été atteinte dans l’emploi de nuances à caractéristiques élevées pour des projets terrestres. Pour les gazoducs sous-marins, le recours à ces dernières nuances pourra être justifié dans l’avenir dans le cas de fortes profondeurs. Dans le domaine de la fabrication des tubes, la mise en place de systèmes d’assurance-qualité avec essais et contrôles non destructifs sévères à toutes les étapes de production de la tôle d’acier et du tube s’est progressivement généralisée. Les progrès permanents dans l’instrumentation (rayons X, ultrasons, courants haute fréquence) et le traitement informatique des résultats de mesure devraient permettre une amélioration de l’homogénéité de production et une meilleure détection des petits défauts. STATIONS DE COMPRESSION La tendance la plus marquante dans la conception des stations de compression est l’emploi de plus en plus fréquent des compresseurs centrifuges entraînés par turbines à gaz, les compresseurs à pistons entraînés par moteurs à pistons étant réservés aux stations ayant le taux d’utilisation le plus élevé. Les turbines à gaz peuvent être soit des turbines industrielles soit dérivées des turbines aéronautiques. L’accroissement du coût du gaz carburant a stimulé ces dernières années les recherches en matière d’économie d’énergie et les dispositifs permettant de récupérer
  13. 13. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 11/17 une partie de la chaleur contenue dans les produits de combustion à l’échappement des turbines. L’utilisation de cette chaleur pour actionner des turbines à vapeur combinées aux turbines à gaz est une technique qui commence à être utilisée. Les autres évolutions dans la conception des stations sont la standardisation et la modularisation des équipements ainsi que le développement des techniques de télécommande, télésurveillance et d’automatisation des stations. La construction des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances La plupart des gazoducs construits dans le monde sont des gazoducs enterrés et les chantiers connaissent des conditions climatiques et de terrain qui n’ont rien d’exceptionnel. Les techniques de pose employées restent classiques; aucun changement notable n’est intervenu depuis de nombreuses années dans les différentes opérations de construction: creusement de la tranchée, soudure des tubes, préparation et remise en état des pistes... Par contre, des améliorations ont progressivement été introduites dans leur mise en œuvre: amélioration des procédures de revêtement des tubes, amélioration des techniques de soudage (vitesse, méthodes telles que fil fourré sans gaz), perfectionnement des techniques de contrôle aux diverses phases de la construction notamment pour le contrôle des joints soudés (rayons X, ultrasons...). Dans deux domaines particuliers des techniques nouvelles ont été développées et des changements technologiques s’opéreront nécessairement dans l’avenir: • la pose de canalisations sous-marines qui a entraîné la conception et la construction de barges spécialement adaptées ainsi que la mise au point de méthodes de construction spécifiques (pose selon une courbe en S ou en J, pose par tronçons lestés et allégés). L’accroissement des profondeurs de pose devrait exiger une évolution des méthodes et technologies; • la construction en zone arctique pour laquelle les contraintes écologiques (absence de dégradation du pergélisol), les conditions climatiques et les problèmes logistiques ont conduit à adapter les techniques traditionnelles. Des progrès sont encore attendus dans le fonctionnement des engins à basse température, les techniques de creusement et remblaiement en sol gelé, les conditions de réalisation d’essais hydrostatiques. L’exploitation des réseaux de gazoducs: orientations générales, tendances Grâce aux règles de conception, aux spécifications imposées lors de la construction des ouvrages tant aux matériaux qu’aux procédures, le transport par gazoduc s’avère particulièrement sûr. Néanmoins le souci permanent d’accroître la fiabilité des réseaux a conduit les compagnies gazières à rechercher certaines améliorations en matière de protection anticorrosion des conduites et de surveillance des réseaux. Dans le domaine de la protection active anticorrosion, les techniques de protection cathodique des tubes d’acier sont bien maîtrisées. Le Gaz de France possède sur ce point une longue expérience industrielle. Les techniques développées de façon interne ont été mises en œuvre sur les réseaux de gazoducs comme sur d’autres
  14. 14. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 12/17 installations industrielles complexes, usine marémotrice, centrales électriques... Quant au revêtement des tubes, les efforts ont porté sur l’amélioration de leur qualité par l’introduction de matériaux nouveaux, polyéthylène, époxy, en remplacement du brai de houille et du bitume de pétrole. Pour le contrôle et la surveillance des gazoducs, des progrès importants ont été accomplis particulièrement dans les techniques de contrôle par voie interne de l’état des conduites à l’aide de pistons instrumentés ainsi que dans l’enregistrement des mesures. Des progrès nouveaux sont attendus dans les domaines suivants: • détection de types de défauts internes ou externes plus variés (la détection des défauts géométriques est actuellement la technique la plus fiable) et accroissement de la sensibilité et du seuil de détection des appareils; • amélioration de la précision de localisation des défauts détectés; • accroissement de la capacité de stockage d’informations des pistons instrumentés. Le transport maritime sous forme de gaz naturel liquéfié Ce mode de transport est utilisé depuis un peu moins de trente ans pour franchir l’obstacle que constituent les espaces marins. Le gaz naturel, généralement issu d’un gisement situé à l’intérieur des terres, est d’abord conduit jusqu’au bord de mer par une canalisation de transport terrestre. Une usine de liquéfaction l’amène à l’état liquide réduisant son volume dans un rapport de 600 à 1. Après passage dans des cuves de stockage, nécessaire du fait de la discontinuité du transport maritime, le gaz naturel liquéfié est chargé dans un navire méthanier. A l’issue du trajet maritime, ce navire est déchargé dans un terminal méthanier où sa cargaison est à nouveau stockée avant d’être regazéifiée et émise dans un réseau de transport terrestre. Des techniques spécifiques ont dû être mises au point pour établir cette chaîne et l’industrie française a joué et continue de jouer un rôle primordial dans ces recherches et ces réalisations. LA LIQUEFACTION Le produit que l’on veut obtenir est du gaz naturel liquide sous une pression voisine de la pression atmosphérique normale, c’est-à-dire à une température d’environ - 160°C. Pour cela, la technique est très proche, au moins dans son principe général, de celle utilisée dans les réfrigérateurs domestiques. Dans les premières installations telle celle d’Arzew en Algérie, le refroidissement du gaz naturel était obtenu par passage dans une série (cascade) de machines frigorifiques utilisant comme fluides frigorigènes des hydrocarbures purs à température d’ébullition de plus en plus basse, par exemple successivement du propane, de l’éthylène et du méthane pur. Des procédés n’utilisant que deux fluides frigorigènes ont été mis au point pour simplifier les installations et limiter les investissements, en particulier en moyens de compression. Les fluides sont le plus souvent des mélanges d’hydrocarbures légers. Un tel mélange est utilisé comme fluide frigorigène unique dans le procédé Tealarc élaboré par les sociétés françaises
  15. 15. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 13/17 L’Air liquide et Technip et employé dans l’usine algérienne de liquéfaction de Skikda. LES NAVIRES METHANIERS A partir du moment où il quitte les installations de liquéfaction, le gaz naturel liquéfié est stocké et transporté sans qu’un apport de froid supplémentaire lui soit fourni. Il se trouve en état d’ébullition naturel du fait de la différence entre sa température et celle du milieu ambiant. Tout l’art du technicien consiste à limiter cette ébullition. Le principe est toutefois simple; c’est celui de la bouteille Thermos. La réalisation en est plus complexe de par les effets de la très basse température du gaz naturel liquéfié qui entraînerait la fragilisation et la contraction des matériaux ordinaires avec lesquels il se trouverait en contact. Les nombreuses techniques proposées pour la construction de navires méthaniers peuvent être réparties en deux catégories. LES CUVES AUTO PORTEUSES Il y a indépendance entre les cuves calorifugées qui contiennent le gaz naturel liquéfié et la coque de navire qui les supporte. Ce principe a été retenu lors de la construction du méthanier Jules Verne en 1964: sept cuves cylindriques d’une capacité totale de 25 000 m3 selon une technologie Worms - Gaz de France. Celle-ci n’a pas connu d’autres applications mais le Jules Verne (actuellement rebaptisé Cinderella) détient le record du nombre de voyages effectués par un navire méthanier. Une autre technique utilisant des cuves auto-porteuses, de forme sphérique, est par contre fortement répandue (33 méthaniers). Il s’agit de la technique norvégienne Moss-Rosenberg. Elle autorise de fortes capacités puisque 29 de ces méthaniers peuvent transporter chacun environ 125 000 m3. LES CUVES INTEGREES A LA COQUE DU NAVIRE Contrairement aux cuves auto-porteuses les cuves intégrées sont uniformément appuyées sur la coque du navire qui constitue l’enveloppe résistante absorbant les contraintes mécaniques dues à la cargaison. Elles comprennent, de l’extérieur vers l’intérieur: • la double coque du navire • une isolation thermique rigide transmettant vers la coque les efforts de la cargaison • une barrière de sécurité pour contenir les fuites éventuelles • une membrane d’étanchéité qui forme le réservoir proprement dit. Deux techniques seulement sont commercialisées, mises au point par deux sociétés françaises, Gaz-Transport et Technigaz. Elles équipent près de 50% de la flotte méthanière existante. Elles diffèrent pour l’essentiel par la nature de la membrane d’étanchéité qui, pour Gaz-Transport, est une membrane plane de 0,7 mm
  16. 16. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 14/17 d’épaisseur en acier Invar à 36% de nickel, alors que Technigaz utilise une membrane gaufrée de 1,2 mm d’épaisseur en acier inoxydable chrome-nickel 18-10. LES RESERVOIRS TERRESTRES Le gaz naturel liquéfié est stocké dans des réservoirs terrestres avant chargement des méthaniers dans l’usine de liquéfaction et après déchargement au terminal méthanier. Comme sur les navires, les cuves de stockage terrestre peuvent être auto- porteuses ou à membrane. Ces deux techniques ont été utilisées dans le terminal méthanier mis en service en 1982 par le Gaz de France à Montoir-de-Bretagne. C’est l’un des plus importants du monde pour sa capacité de réception, plus de 10 millions de m3 de gaz naturel liquéfié par an. Deux réservoirs de 120 000 m3 de capacité unitaire ont été construits par la société BSL-Technigaz et utilisent donc la membrane Technigaz décrite ci-dessus. L’enveloppe extérieure est en béton précontraint de 90 cm d’épaisseur. L’isolation thermique latérale est constituée de panneaux de chlorure de polyvinyle. Un troisième réservoir de même capacité a été mis en service en 1984. Réalisé par les Constructions métalliques de Provence (CMP), il est constitué d’une cuve auto-porteuse interne en acier à 9% de nickel dont l’épaisseur varie de haut en bas de 9,5 mm à 25,8 mm avec un toit suspendu en aluminium. L’isolation est assurée par de la perlite et de la laine de verre, l’enveloppe extérieure étant, comme pour les autres réservoirs, en béton précontraint de 90 cm d’épaisseur. LES INSTALLATIONS DE REGAZEIFICATION Un terminal méthanier est un ensemble relativement complexe où sont mises en œuvre les techniques cryogéniques les plus modernes. Les terminaux méthaniers étant construits en bordure de mer, des échangeurs de température où circulent, d’une part le gaz naturel liquéfié, d’autre part de l’eau de mer assurent la regazéification. En secours ou en complément la plupart des installations comprennent des regazéifieurs autonomes utilisant le plus souvent des brûleurs à combustion submergée. Le stockage du gaz naturel Le transport à grande distance de gaz naturel, qu’il s’effectue par canalisation ou par voie maritime, nécessite des dépenses d’investissement considérables. Celles-ci sont engagées après conclusion d’un contrat d’achat de gaz naturel liant un vendeur (ou un consortium de vendeurs) et un acheteur (ou un consortium d’acheteurs). Pour assurer une rentabilité correcte des capitaux investis, ces contrats sont généralement de longue durée (15 à 25 ans) et comportent un certain nombre de clauses restreignant fortement les possibilités de modulation des enlèvements annuels et intra-annuels. Le gaz acheté au titre de ces contrats est revendu, directement par l’acheteur ou par l’acheteur ou par l’intermédiaire de sociétés de distribution, sur un marché consommateur. Une part, le plus souvent assez importante, de cette consommation de gaz naturel satisfait des besoins de chauffage de locaux. Par exemple, pour la
  17. 17. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 15/17 France, cette part est supérieure à un tiers. De tels besoins se traduisent par une modulation saisonnière fort importante. C’est ainsi que la France consomme près de quatre fois plus de gaz naturel en janvier qu’en août. Il n’y a donc pas adéquation entre ces besoins saisonniers très modulés et des disponibilités presque constantes du fait de la rigidité des contrats d’importation. Heureusement, le gaz naturel, comme tout fluide, est stockable. Il est donc possible et nécessaire d’installer, près des marchés consommateurs, des capacités de stockage. Celles-ci peuvent être de plusieurs types: • les gazomètres: ce type de stockage est très utilisé, avec diverses techniques, lorsqu’il s’agit d’un gaz produit en usine à partir de charbon ou de produits pétroliers. Cette production, à l’origine de la plupart des industries gazières nationales, reste importante dans certains pays (Japon) mais a disparu en France au profit du gaz naturel. De plus, le rôle de ces gazomètres était limité au lissage journalier et intra-journalier de la demande (le plus souvent locale) pour éviter des variations trop rapides du fonctionnement des usines. Ils ne pouvaient répondre à un besoin de régulation saisonnière. • les gisements épuisés: lorsqu’un gisement de gaz naturel est considéré comme épuisé et que sa situation géographique et sa configuration géologique sont favorables, il peut être utilisé comme stockage saisonnier. Les Etats-Unis ont fortement développé cette technique car ils disposaient, de par l’ancienneté de leur industrie du gaz naturel, de nombreux sites exploitables à cette fin. Ce n’est malheureusement pas le cas dans la plupart des autres pays gaziers et, en particulier, en France. • les stockages en nappe aquifère: comme la précédente, il s’agit d’une technique de stockage souterrain. On réalise artificiellement un gisement de gaz dans une roche poreuse et perméable surmontée d’une couche de terrain imperméable ayant généralement la forme d’un dôme. Un réservoir souterrain de ce type comporte donc, pour l’essentiel, un anticlinal de roche imperméable qui coiffe un terrain perméable imprégné d’eau où sera stocké le gaz. Celui-ci, injecté par des puits semblables aux puits d’exploitation des couches pétrolifères, prend la place de l’eau dans la roche réservoir constituée de sable, de grès ou de calcaire. La pression du gaz dans cette roche reste voisine de la pression naturelle de la nappe aquifère. Le soutirage du gaz s’effectuera par détente en utilisant les mêmes puits qu’à l’injection. Pour le bon fonctionnement technique du réservoir, un “coussin” de gaz, qu’on ne cherchera pas à récupérer en régime normal d’exploitation, demeure en place à la fin du soutirage, réduisant la capacité utile du réservoir à environ la moitié du volume total stocké. Cette technique, apparue aux Etats-Unis, a été introduite en Europe par le Gaz de France qui, dès 1956, a mis en service le réservoir en nappe aquifère de Beynes supérieur. Actuellement, en France, 12 réservoirs de ce type sont en exploitation (deux d’entre eux appartenant à la Société nationale Elf- Aquitaine) ou en cours de remplissage. La capacité utile globale représente plus du quart de la consommation annuelle de gaz naturel. Le développement
  18. 18. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 16/17 .futur de cette capacité nécessite de rechercher et d’équiper des sites géologiques adéquats. Il faut souligner que les techniques de recherche et d’exploitation, très proches de celles utilisées par l’industrie pétrolière, sont complexes et coûteuses, en particulier du fait d’un taux de réussite assez faible: sur cinq sites repérés, étudiés et explorés de façon plus ou moins approfondie, un seul en moyenne se révèle apte à être utilisé comme stockage de gaz. • les stockages en cavités salines: il s’agit d’une technique relativement récente. Le principe en est le suivant: lorsqu’il existe dans le sous-sol des massif salifères compacts et d’épaisseur suffisante, on y réalise des cavités profondes en dissolvant le sel par injection d’eau douce et en évacuant la saumure. D’une forme voisine de celle d’une poire ou d’une bouteille, ces cavités ont un volume géométrique de 200 000 à 400 000 m3. Le gaz y est stocké sous forte pression (pouvant atteindre 220 bar), le soutirage s’effectuant par simple détente jusqu’à une pression voisine de 80 bar. Sur un même site, on creusera généralement plusieurs cavités afin d’obtenir un volume global suffisant. La saumure formée lors du lessivage peut être utilisée par l’industrie chimique, en tant que matière première pour la production de chlore et de soude. C’est le cas pour les trois sites de stockage de ce type exploités par le Gaz de France. Toutefois, la comparaison des caractéristiques des stockages en nappe aquifère et en cavités salines a amené le Gaz de France à privilégier la première technique dans sa politique de développement des réservoirs souterrains. En effet, elle permet le stockage de volumes importants (régulation saisonnière et constitution d’un stock de sécurité). Par contre, le stockage en cavités salines est particulièrement intéressant pour la couverture des pointes extrêmes de consommation puisque, rapporté au volume en stock, le débit de soutirage instantané peut atteindre des valeurs plus élevées que celui des stockages en nappe aquifère. L’importance de ce dispositif de stockage a permis au Gaz de France et à l’ensemble de l’industrie gazière française d’acquérir une expérience et un savoir-faire en grande partie originaux. En particulier la Direction des études et techniques nouvelles du Gaz de France met en œuvre d’importants moyens humains et matériels dans les domaines, d’une part, de la recherche et de l’exploration de nouveaux sites, d’autre part, de la maintenance des différents puits (exploitation, contrôle) équipant les sites exploités. Ces moyens répondent, bien sûr, aux besoins propres au Gaz de France mais sont également disponibles pour toutes demandes émanant de sociétés gazières étrangères.
  19. 19. GENERALITES SUR LE TRANSPORT DU GAZ NATUREL 17/17 CONCLUSION Le gaz naturel doit dans l’avenir occuper une place de plus en plus importante dans la satisfaction des besoins en énergie du monde entier et, en particulier, de la France. Les réserves existent et s’accroissent mais leur situation géographique par rapport aux zones consommatrices entraînera un fort développement du commerce international et donc des divers moyens de transport à grande distance. Cette place croissante occupée par le gaz ne devrait pas, toutefois, en faire un élément directeur sur le marché mondial de l’énergie (sauf exceptions localisées, comme les Pays-Bas). Le commerce international du gaz naturel devrait donc continuer à être soumis à des contraintes extérieures (telles que la concurrence des autres énergies) qui s’ajoutent à ses contraintes propres (en particulier l’importance des investissements nécessaires à la réalisation des chaînes de transport terrestres ou maritimes). Les développements à venir restent donc liés à une bonne entente réciproque entre producteurs et consommateurs afin de satisfaire au mieux les intérêts à long terme des uns comme des autres.

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